用光操控声波：集成光子学的颠覆性突破

荷兰特文特大学的研究人员通过为光芯片技术增添"声波控光"这一新维度，突破了传统光芯片的性能边界。这项突破有望将原子钟小型化至可装载于卫星和无人机的尺寸，使其在不依赖GPS的情况下实现自主导航。

想象一下，当你仅凭罗盘和星辰辨别方向时，突然获得了一台GPS导航仪——这正是David Marpaung团队为光芯片设计领域带来的革命性转变。通过"声波导光"这一发现，研究人员为这项快速发展的技术注入了全新动能。光芯片技术已突破低功耗光通信的传统应用领域，正在向更广阔的应用场景拓展。

在最新一期《科学进展》中，Marpaung团队将著名的物理现象"受激布里渊散射（SBS）"的精确性与多功能性转化为可大规模生产的实用技术。SBS技术的引入，使工程师能够在光子集成电路中集成亚赫兹线宽激光器、超选择性滤波器等性能无与伦比的关键组件。

Marpaung说："集成布里渊光子学在科学和商业领域都蕴藏巨大潜力，我们的工作将其从实验室推向了晶圆厂。"所说的"晶圆厂"正是芯片制造的核心阵地。

电子、光子与声子的三重奏

对电信行业而言，布里渊散射通常是令人头疼的干扰现象。光纤中光与玻璃介质的相互作用会产生周期性密度变化和折射率波动，导致光信号散射并限制传输功率。

但布里渊散射亦可化弊为利。通过精确调控光波与介质晶格振动（声子）之间的正反馈循环，一种全新的信息传输与处理方式应运而生。Marpaung解释道："如果说电子是电子学的基石，光子是集成光子学的载体，那么声子介导的相互作用将成为操控信号的第三维度。"

图片:b6-tufy4grsi1vxndnh2tq.png

SBS作用过程动态艺术示意图

让SBS技术走出实验室

研究团队发现，在铌酸锂光学材料中，声波传播方向可通过光波进行精确调控。这一突破性发现使得将SBS技术融入薄膜铌酸锂（TFLN）光芯片平台成为可能。该材料正是当前光芯片制造的主流基底材料。

论文第一作者、Marpaung团队博士生Kaixuan Ye指出："虽然已有诸多概念验证，但实用化进程始终面临关键挑战。"。传统声波如同海面涟漪般向四周扩散的特性，导致能量耗散严重，这一固有属性曾是主要技术障碍。

SBS技术的应用前景

通过与香港城市大学Cheng Wang团队的合作，研究人员在TFLN平台上成功制备出芯片级布里渊放大器和激光器——这两大组件是任何光子集成电路的核心单元。团队还开发出更复杂的多功能布里渊微波光子处理器，可实现信号滤波功能。

这些成果为实际应用铺平了道路。Marpaung解释道："SBS技术可将原子钟所需超精密稳定激光器微型化，从而大幅缩小设备体积。芯片级激光器将使卫星和无人机实现低成本集成原子钟，借助精准的机载计时系统，这些设备将彻底摆脱GPS依赖。我们的技术还能实现超精密信号滤波。与高速调制器集成后，系统将具备更高性能、更小尺寸和更低成本。这种滤波器对6G通信和GPS抗干扰具有重要意义。"

相关链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adv4022